Communications sans fil non-cohérentes : limites fondamentales et conception du système
Auteur / Autrice : | Khac Hoang Ngo |
Direction : | Sheng Yang, Maxime Guillaud |
Type : | Thèse de doctorat |
Discipline(s) : | Réseaux, information et communications |
Date : | Soutenance le 30/06/2020 |
Etablissement(s) : | université Paris-Saclay |
Ecole(s) doctorale(s) : | École doctorale Sciences et technologies de l'information et de la communication (Orsay, Essonne ; 2015-....) |
Partenaire(s) de recherche : | Laboratoire : Laboratoire des signaux et systèmes (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 1974-....) |
Référent : CentraleSupélec (2015-....) | |
Jury : | Président / Présidente : Philippe Ciblat |
Examinateurs / Examinatrices : Giuseppe Durisi, Stefan M. Moser, Petar Popovski, Marco Di Renzo, Iryna Andriyanova | |
Rapporteur / Rapporteuse : Giuseppe Durisi, Stefan M. Moser |
Mots clés
Mots clés contrôlés
Résumé
Dans les communications sans fil sur des canaux à évanouissement, en particulier à antennes multiples, la connaissance instantanée des coefficients de canal, appelés informations d’état de canal (CSI), est essentielle car elle permet d’adapter la transmission et la réception aux conditions actuelles du canal. La communication avec CSI a priori au niveau du récepteur est dite cohérente. En pratique, cependant, le CSI n’est pas disponible avant la communication et doit être estimé à un coût qui ne doit pas être ignoré, en particulier dans un environnement hautement mobile. Ainsi, la communication sans CSI a priori, également appelée communication noncohérente, est un cadre plus pratique et général. Cette thèse contribue à la compréhension des limites théoriques des communications noncohérentes, ainsi qu’à la conception d’un système de communication pratique noncohérent à évanouissement par bloc. Nous considérons trois scénarios: le canal point à point (P2P), le canal à accès multiple (MAC) et le canal de diffusion (BC).Dans la première partie, nous étudions les limites fondamentales des communications noncohérentes en termes de débit de données et de degrés de liberté (DoF) réalisables. Nous considérons un évanouissement par bloc générique dans lequel le canal a une entropie différentielle finie et un second moment fini. Nous établissons d’abord le DoF optimal pour le canal P2P noncohérent à entrées multiples et sorties multiples (MIMO) en utilisant l’approche de la dualité pour borner les informations mutuelles. Deuxièmement, en utilisant une approche de dualité similaire, nous dérivons la région de DoF optimale pour le MAC SIMO à deux utilisateurs, qui peut être obtenue par partage de temps entre des schémas à pilotes simples. Troisième, nous dérivons les régions débit et DoF réalisable pour le BC MIMO noncohérent avec un évanouissement spatialement corrélé en exploitant la diversité de corrélation de transmission, qui est la différence entre la corrélation subie par différents utilisateurs. Ce faisant, nous concevons soigneusement des schémas de transmission basés sur des pilotes et sur le partage de débit, la superposition de produits et une combinaison de ceux-ci pour transmettre efficacement des signaux dans les parties communes et mutuellement exclusives des sous-espaces de corrélation. Dans la deuxième partie, nous concevons la constellation et les schémas de détection efficaces pour les communications noncohérentes sur le canal d’évanouissement de type Rayleigh par bloc. Premièrement, nous proposons une constellation Grassmannienne structurée pour le canal P2P SIMO qui est simple à générer, a une efficacité d’empilement élevée, admet un étiquetage binaire simple mais efficace et permet une détection efficace douce et dure. Deuxièmement, nous étudions la conception de constellation conjointe pour le MAC MIMO. Nous introduisons des critères de conception simples et efficaces afin de minimiser l’erreur de détection conjointe et proposons quelques constructions de constellation simples. Troisièmement, nous proposons un schéma de détection souple multi-utilisateurs noncohérent pour le MAC SIMO à l’évanouissement de Rayleigh corrélé spatialement basé sur l’inférence approximative par propagation d’espérance. Ce schéma présente une complexité polynomiale dans la dimension du canal tout en produisant des marginaux postérieurs approximatifs par utilisateur précis conduisant à des performances d’erreur quasi-optimales.